エゼクタ装置およびエゼクタ装置を用いた燃料電池システム
【課題】低温下でもノズル部の開口量を調整できるエゼクタ装置およびこれを用いた燃料電池システム。
【解決手段】流通路内１２を流れる第１流体１４がノズル部１６を通過する吸引力で、第２流体１８を取り込み供給するエゼクタ装置１０であって、エゼクタ装置は感圧室２０、開口調整部２６、第１流体流量を調整する流量調整弁３０を備え、第１流体の圧力が無圧時には他方側がノズル部に当接ニードル２８と、感圧室内および感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材３４を有し、第１流体が流れる際、第１流体の流量による圧力と感圧室内の圧力との差によって生ずる伸縮作用によりニードルを変位させ、開口を形成するよう構成されており、第１流体の圧力が低く変化した場合、ニードルの端部とノズル部との間の開口量を減少してノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、流通路内に取り込まれる第２流体の流量が増加するように構成されている。
【解決手段】流通路内１２を流れる第１流体１４がノズル部１６を通過する吸引力で、第２流体１８を取り込み供給するエゼクタ装置１０であって、エゼクタ装置は感圧室２０、開口調整部２６、第１流体流量を調整する流量調整弁３０を備え、第１流体の圧力が無圧時には他方側がノズル部に当接ニードル２８と、感圧室内および感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材３４を有し、第１流体が流れる際、第１流体の流量による圧力と感圧室内の圧力との差によって生ずる伸縮作用によりニードルを変位させ、開口を形成するよう構成されており、第１流体の圧力が低く変化した場合、ニードルの端部とノズル部との間の開口量を減少してノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、流通路内に取り込まれる第２流体の流量が増加するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体が流通路内を流れることで生じた負圧による吸引力で、流通路内に第２流体を取り込み、第１流体と第２流体とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流通路内を流れる第１流体が流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、第１流体と第２流体とを合流させるようにしたエゼクタ装置が知られている。
【０００３】
このようなエゼクタ装置は、通常、ノズル部の開口部分が一定の開口量となっており、流通路内を流れる第１流体の最大流量時にあわせてこの開口量が設定されている。
ところで、第１流体が小流量時には、最大流量時に比べてノズル部の出口部分における流速が得られないため、第１流体がノズル部の開口部分を通過しても吸引力が小さく、第２流体を取り込み難くなる場合があった。
【０００４】
そこで、第２流体の流通路内にポンプを設けることで、第１流体が小流量時であっても、強制的に第２流体を流通路内へ送り込むことのできるエゼクタ装置が開発されている。
しかしながら、このような第２流体の流通路内にポンプを設けたエゼクタ装置は、装置構成が複雑となり、またコスト高を招いてしまうものであった。
【０００５】
このため、特許文献１に開示されたエゼクタ装置１００では、図７に示したように、ニードル１０４の後端部分を、作動室１１０の一部を構成するダイヤフラム１１２に接続し、不活性ガスが封入された作動室１１０と高圧側冷媒である第１流体１０６が流れ込む駆動室１１４との圧力を調整することで、ニードル１０４を前後に移動させてノズル部１０２とニードル１０４との間の開口量が調整されるようになっている。
【０００６】
このようなエゼクタ装置１００は、第１流体１０６の流量にあわせてノズル部１０２とニードル１０４との開口量が調整され、これにより蒸発器側より取り込まれる第２流体１０８の流量を制御可能であるとともに装置構成を簡素化することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７９１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなエゼクタ装置１００を燃料電池システムに用いた場合、装置停止時にニードル１０４とノズル部１０２との間が開放状態であるため、装置停止時にスタック側より取り込まれる水分を含んだ第２流体１０８は、このニードル１０４とノズル部１０２の間にも流入してしまうこととなる。
【０００９】
このため、このような従来のエゼクタ装置１００を寒冷地などの低温下で使用した場合には、ニードル１０４とノズル部１０２との間に流入した第２流体１０８が凍結してニードル１０４が動作できなくなり、これにより装置を再び作動させた際に作動不具合を生ずる場合があった。
【００１０】
本発明はこのような現状に鑑み、低温下においてもノズル部の開口量を調整することができるエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明のエゼクタ装置は、
流通路内を流れる第１流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、前記第１流体と第２流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第１流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第１流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第１流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第１流体が流れる際、この第１流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第１流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第２流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、第１流体の流量（圧力）のみ調整することにより、第２流体の流量も調整することができ、簡素な構成で確実にエゼクタ装置を作動させることができる。
【００１３】
また、第２流体をノズル部の開口量の調整に用いていないため、例えば低温時においても開口調整部の凍結を防止して不具合の発生を抑制することができる。
さらに感圧室よりも上流側に流量調整弁を配設すれば、流量調整弁からの第１流体の流量（圧力）に応じ、第２流体を所定量取り込むことができ、エゼクタ装置の制御を容易に行うことができる。
【００１４】
また、ノズル部に当接するようにニードルが配設され、ニードルが上流側へ後退することで、ノズル部に開口が生ずるように構成されていれば、開口量の調整を容易に行うことができる。
【００１５】
さらに、第１流体が流されていない時はノズル部の開口がニードルにより全閉されているので、システム停止時に（水分を含んだ）第２流体がノズル部より上流（感圧室側）に流入することがない。
【００１６】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする。
このように構成すれば、第１流体の圧力に対する基準圧力となる感圧室内の圧力を、他から引いてくる必要がなく、システムの簡素化が計れ、エゼクタ装置のコストを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室の上流側に、前記第１流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする。
【００１８】
このように第１流体の圧力に対するノズル部の開口量を調整すれば、感圧室および感圧室内の付勢部材の圧縮荷重特性バラツキによる影響を無くし、第１流体が所定の圧力に達した際に、ノズル部の開口が生ずるようにすることができる。
【００１９】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする。
このように感圧室が感圧素子であれば、第１流体の流量（圧力）の違いに合わせて感圧室を確実に伸縮させることができる。
【００２０】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする。
このように感圧素子がベローズであれば、第１流体の流量により収縮する際に、蛇腹形の部分により一方と他方の方向にのみ移動することとなるため、この移動方向にニードルが接続されていれば、第１流体の流量により開口調整部をノズル部の開口に対して一方と他方に移動させることができ、また第１流体をベローズの外側に流せるので、第１流体を流入させる第１流体の流通路とノズル部の下流側の流通路とを直線状に配置でき、エゼクタ装置の小型化が計れ好ましい。
【００２１】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする。
このようにダンパー部材が設けられていれば、第１流体の流量が急に変化しても、ノズル部と開口調整部との間で構成される開口の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
【００２２】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする。
【００２３】
このように感圧室と開口調整部とがボールジョイントで接続されていれば、例えば感圧素子がベローズの場合に、多少傾いてベローズが伸縮しても、ベローズのばね力が偏荷重として作用することを回避し、その動作を開口調整部に伝えて確実にノズル部の開口量を調整することができる。
【００２４】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第１流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする。
【００２５】
このように感圧室の空間内または感圧室の外側に付勢部材が配設されていれば、第１流体の流量にあわせた付勢力を有する付勢部材を選択することで、第１流体が所定の圧力変化をした際、任意のノズル部の開口量変化が生ずるようにすることができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムは、
上記いずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第１流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする。
【００２７】
このように本エゼクタ装置を燃料電池システムに用いれば、例えば低温下でエゼクタ装置を使用しても、水分を含んだ第２流体がノズル部より上流（感圧室側）に流入することがないため、開口調整部が凍結して作動不具合を生ずることがなく、どのような環境下においても確実に作動させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、上記した構成を有することによって、低温下においてもノズル部の開口量を調整することができるエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムの概略を説明するための概略図である。
【図２】図２は、本発明のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図ある。
【図３】図３は、本発明のエゼクタ装置において、付勢部材を感圧室の外側に配設した状態を説明するための要部拡大図である。
【図４】図４は、本発明のエゼクタ装置の感圧室とニードルとの接続部分について説明するための要部拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明のエゼクタ装置の作動状況を説明するための要部拡大断面図であり、図５（ａ）は停止時における断面図、図５（ａ１）は図５（ａ）の部分拡大図、図５（ｂ）は大流量時における断面図、図５（ｂ１）は図５（ｂ）の部分拡大図、図５（ｃ）は小流量時における断面図、図５（ｃ１）は図５（ｃ）の部分拡大図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施例におけるエゼクタ装置の構成を説明するための断面図ある。
【図７】図７は、従来のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムの概略を説明するための概略図、図２は、本発明のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図、図３は、本発明のエゼクタ装置において、付勢部材を感圧室の外側に配設した状態を説明するための要部拡大図、図４は、本発明のエゼクタ装置の感圧室とニードルとの接続部分について説明するための要部拡大断面図、図５は、本発明のエゼクタ装置の作動状況を説明するための要部拡大断面図であり、図５（ａ）は停止時における断面図、図５（ａ１）は図５（ａ）の部分拡大図、図５（ｂ）は大流量時における断面図、図５（ｂ１）は図５（ｂ）の部分拡大図、図５（ｃ）は小流量時における断面図、図５（ｃ１）は図５（ｃ）の部分拡大図である。
【００３１】
本発明のエゼクタ装置は、第１流体が流通路のノズル部を流れることで生じた負圧による吸引力で、第２流体を流通路内に取り込み、第１流体と第２流体とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するものであり、燃料電池システムは、このエゼクタ装置を用いて水素ガス（第１流体）を燃料電池スタック内に送り、水素ガスを空気中の酸素と化学反応させて発電を行い、燃料電池スタック内で反応しきれなかった水素ガス（第２流体）をエゼクタ装置へ戻し、再び燃料電池スタック内へ供給するようにしたものである。
【００３２】
以下、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムについて説明する。
＜燃料電池システム５０＞
本発明のエゼクタ装置１０を用いた燃料電池システム５０は、図１に示したように、まず水素タンク３２内の第１流体１４である水素ガスが流量調整弁３０で所定流量に調整されてエゼクタ装置１０内に流入し、これをさらに燃料電池スタック５２内に供給するようになっている。
【００３３】
なお燃料電池スタック５２は、高分子電解質膜とセパレータとの間を電極で挟んだセル（図示せず）を複数並べて成るものである。
この燃料電池スタック５２には、上記したように一方（図１では左側）から第１流体１４として水素ガスが供給され、他方（図１では右側）からは空気５４が供給されるようになっており、燃料電池スタック５２内において、供給された水素ガスと空気５４中の酸素とを化学反応させることにより、発電を行うようになっている。
【００３４】
この化学反応のときに生ずる排出物は水であることから、燃料電池システム５０はクリーンなエネルギーシステムとして好適である。
なお、燃料電池スタック５２中に供給された水素ガス（第１流体１４）は、一部については化学反応がなされず、この残りの水素ガス（第２流体１８）は循環路４４を通ってエゼクタ装置１０内に再び供給されるようになっている。
【００３５】
なお、エゼクタ装置１０は、第１流体１４がノズル部（図示せず）を通過する際に生ずる負圧により、燃料電池スタック５２内で残った水素ガス（第２流体１８）を吸引し、これを第１流体１４である水素ガスとともに再び燃料電池スタック５２へ供給するものであり、これにより水素ガスを無駄なくエネルギーに変換することができるようになっている。
【００３６】
なお、本発明においてはこのような燃料電池システム５０に用いられているエゼクタ装置１０が特徴的な構成を有している。
以下、このエゼクタ装置１０について詳細に説明する。
【００３７】
＜エゼクタ装置１０＞
本発明のエゼクタ装置１０は、図２に示したように、流通路１２内を流れる第１流体１４が流通路１２の一部に設けられたノズル部１６の開口２４を通過することで生じた負圧による吸引力で、第２流体１８をノズル部１６よりも下流側の流通路１２内に取り込み、第１流体１４と第２流体１８とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するようにしたものである。
【００３８】
このようなエゼクタ装置１０は、まず流通路１２のノズル部１６よりも上流側に、少なくとも第１流体１４が流れる際の圧力とは異なる一定圧力の空間２２を感圧素子で構成する感圧室２０が配設されている。
【００３９】
そして、感圧室２０とノズル部１６との間に感圧室２０に一端が接続され、第１流体１４が無圧（システム停止）時には、他方がノズル部１６と当接して開口２４を塞ぐニードル２８が配設され、第１流体１４が流れる際、この第１流体１４の流量による圧力と感圧室２０内の圧力との差によって生ずる感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用により、ノズル部１６の開口量を変化させる開口調整部２６を構成している。
【００４０】
また、ノズル部１６の下流側には、第２流体１８を流通路１２内に取り込むための循環路４４が接続されている。
そして、感圧室２０の外側の流通路１２内を流れる第１流体１４の圧力と、感圧室２０の空間２２内の圧力との圧力差によって感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用を生じさせ、これにより開口調整部２６でノズル部１６の開口量を変化させて第１流体１４のノズル部１６における流速を変化させることで、流通路１２内に取り込まれる第２流体１８の流量を調整できるようになっている。
【００４１】
なお、感圧室２０を構成する感圧素子としては、圧力により伸縮するものであれば如何なるものでもかまわないが、本実施例においてはベローズを用いている。
ベローズは蛇腹形であるため、これにより第１流体１４の流量が変化した際には、ベローズは蛇腹の形成されている方向（図１では左右の方向）に伸縮し、圧力の変化を変位に変えることができる。
【００４２】
図２に示した本実施例におけるベローズは、一方側の端部（図２では左側）が、後述する調整部４０に接合されており、これにより、ベローズの動作は、ベローズの左側端部を基準として伸縮するようになっている。
【００４３】
ベローズと調整部４０との固定方法は、特に限定されるものではなく、例えば溶接，半田付けなどを用いて固定することができる。
また、ベローズからなる感圧室２０内部の空間２２の圧力は、第１流体１４の流れる際の圧力と異なる一定圧力に設定されていれば良く、空気が第１流体１４に入らないよう気密分離を行い、感圧室２０内に大気圧を導入しても良いものである。
【００４４】
しかしながら、感圧室２０内に大気圧を導入する場合、その流通路を設ける必要が生じ、また第１流体１４（水素）に空気が入らないよう気密分離を行う必要があるので、空間２２内は真空状態とすることが特に好ましい。
【００４５】
また、この空間２２内には付勢部材３４が配設されており、これによりベローズからなる感圧室２０を所定の付勢力で伸びた状態とし保持している。なお、本実施例では感圧室２０内に付勢部材３４を配設しているが、図３に示したように、付勢部材３４を感圧室２０の外側に配設しても良い。
【００４６】
また、この付勢部材３４は、両端部がそれぞれに保持部材６６，６８にて保持されており、保持部材６６と保持部材６８との間は隙間７０が形成されている。そして、この隙間量がベローズの収縮量の最大幅となっている。
【００４７】
さらに、このような感圧室２０の上流側には調整部４０が設けられている。
この調整部４０には、複数の第１流体流通孔４２が形成されており、エゼクタ装置１０の各部を形成する筐体４６に取り外し自在に固定されているが、例えば螺合するように構成されていれば、交換も容易であるため好ましい。
【００４８】
また、調整部４０は、筐体４６への追い込み量を追い込み幅４８内において調整することにより、ベローズおよび感圧室２０内の付勢部材３４の圧縮量（荷重）を調整し、第１流体１４が所定の圧力に達した際に、ノズル部１６の開口２４が生ずるように調整することができる。
【００４９】
また、この第１流体流通孔４２の上流側には、さらに流量調整弁３０が設けられており、第１流体流通孔４２と流量調整弁３０により、水素タンク３２内に貯留された第１流体１４が所定の流量でエゼクタ装置１０内に送られるようになっている。
【００５０】
なおこのようなエゼクタ装置１０は、図４に示したように、感圧室２０とニードル２８との接続において、ボールジョイント３６が用いられており、これにより感圧室２０を構成するベローズの配置姿勢に傾きがあっても、ベローズのばね力が偏荷重として作用することを回避し、その伸縮をニードル２８側に伝えて開口量を調整できるようになっている。ここでニードル２８は、付勢部材３８によって常に感圧室２０側へ付勢され、これにより両者の接続が維持されるようになっている。
【００５１】
このような構成を有するエゼクタ装置１０は、まず水素タンク３２より供給された第１流体１４が、流量調整弁３０で所定の流量に調整された後、調整部４０を通過する。
そして、この第１流体１４が感圧室２０の外側を通過し、第１流体１４の流量による圧力と感圧室２０内の圧力との差によって、感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用が生ずる。
【００５２】
この感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用により、感圧室２０に接続されたニードル２８も上流側へ後退し、これによりニードル２８の先端で閉じられていたノズル部１６の開口２４が生ずる。
【００５３】
これにより、第１流体１４はこのノズル部１６の開口２４を通過し、ノズル部１６を通過する際に生ずる負圧により、ノズル部１６の下流側に接続された循環路４４より第２流体１８を流通路１２内に吸入し、第１流体１４とともに第２流体１８を流通路１２内に流入させることができる。
【００５４】
なお、エゼクタ装置１０内に第１流体１４を流入させていないときには、図５（ａ）および図５（ａ１）に示したように感圧室２０を構成するベローズが収縮していない状態であるため、感圧室２０に接続されたニードル２８はその先端部分でノズル部１６の開口２４を塞いだ状態となっている。
【００５５】
なおこの時、感圧室２０の空間２２内の付勢部材３４を保持する保持部材６６と保持部材６８との間には、所定幅の隙間７０が設けられている。
また、図５（ｂ）および図５（ｂ１）に示したように、感圧室２０の外側を流れる第１流体１４の流量が多く、第１流体１４の圧力が高い場合には、感圧室２０を構成するベローズの収縮量が大きくなり、ノズル部１６とニードル２８の先端とで構成された開口２４の開口量が大きくなる。
【００５６】
これにより、開口２４を大流量の第１流体１４が通過する。ここで、開口２４の開口量が大きくなったことにより、生ずる吸引力も小さくなるが、元々大流量により大吸引力が得られているので、循環路４４内から流通路１２内へ取り込まれる第２流体１８の取り込み量が不足することはない。
【００５７】
なお、ここで第１流体１４の圧力が使用圧力の最大となった時には、保持部材６６と保持部材６８はぴったりと当接した状態となり、これによりベローズはこれ以上収縮しないようになる。
【００５８】
このため、ベローズの最大収縮量を規定できると同時に必要以上に開口２４の量が大きくならないようになっている。
保持部材６６と保持部材６８との間の隙間７０は、ベローズの規定収縮量（設計値）に従って調整することが好ましい。
【００５９】
一方、図５（Ｃ）および図５（Ｃ１）に示したように、感圧室２０の外側を流れる第１流体１４の流量が少なく、第１流体１４の圧力が低い場合には、感圧室２０を構成するベローズの収縮量が小さくなり、このベローズの収縮により、保持部材６６と保持部材６８との隙間７０の幅は、図５（ｂ）の状態よりも大きくなる。
【００６０】
したがって、ノズル部１６とニードル２８の先端とで形成された開口２４の開口量は小さくなる。このため、開口２４を通過する第１流体１４の流速が速くなり、これにより生ずる吸引力が増加し、循環路４４内から流通路１２内へ取り込まれる第２流体１８の取り込み量が増加する。
【００６１】
このように本発明のエゼクタ装置１０は、上記したように第１流体１４の流量（圧力）によって、第２流体１８の取り込み流量を調整する仕組みであるため、第１流体１４が低流量から大流量域まで充分に第２流体１８を取り込み、第１流体１４と合わせ循環路４４から流通路１２内に流体を循環させることができ、構造をコンパクト化してコストを抑えることもできる。
【００６２】
また、このようなエゼクタ装置１０を用いて燃料電池システム５０を構成すれば、例えば自動車に燃料電池システム５０を用いた場合、感圧室２０内に送られる第１流体１４が水素タンク３２から供給された水分を含まないドライ水素ガスであり、また停止時にはニードル２８をノズル部１６に当接させ、水分を含んだ第２流体１８がノズル部１６より上流側（感圧室２０側）に流入することを防ぐことができる。
【００６３】
このため、低温下などの過酷な環境下であっても作動部が凍結することがなく、ノズル部１６の開口量を確実に調整することができるので、作動不良を生ずることがなく、確実に走行させることができる。
【００６４】
＜エゼクタ装置１０の他の実施例＞
図６は本発明のエゼクタ装置１０の他の実施例を示したものであり、構成を説明するための断面図ある。
【００６５】
なお、図６に示したエゼクタ装置１０は、基本的には、図１から図５に示した実施例のエゼクタ装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６６】
図６に示したエゼクタ装置１０は、開口調整部２６のニードル２８の摺動部分に、ダンパー部材６０が設けられている点で上記した実施例とは異なっている。
なおダンパー部材６０は、パッキン６２と付勢部材６４とから構成されており、付勢部材６４によってパッキン６２に所定の締め付け力を与えるようになっている。
【００６７】
そして、パッキン６２とニードル２８とが摺接することで、ニードル２８が急激に移動することがないようになっている。
このようにダンパー部材６０が設けられていれば、第１流体１４の流量が急に変化しても、ノズル部１６と開口調整部２６との間で構成される開口２４の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、例えばエゼクタ装置は燃料電池システム以外にも用いることができ、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００６９】
１０・・・エゼクタ装置
１２・・・流通路
１４・・・第１流体
１６・・・ノズル部
１８・・・第２流体
２０・・・感圧室
２２・・・空間
２４・・・開口
２６・・・開口調整部
２８・・・ニードル
３０・・・流量調整弁
３２・・・水素タンク
３４・・・付勢部材
３６・・・ボールジョイント
３８・・・付勢部材
４０・・・調整部
４２・・・第１流体流通孔
４４・・・循環路
４６・・・筐体
４８・・・追い込み幅
５０・・・燃料電池システム
５２・・・燃料電池スタック
５４・・・空気
６０・・・ダンパー部材
６２・・・パッキン
６４・・・付勢部材
６６・・・保持部材
６８・・・保持部材
７０・・・隙間
１００・・・エゼクタ装置
１０２・・・ノズル部
１０４・・・ニードル
１０６・・・第１流体
１０８・・・第２流体
１１０・・・作動室
１１２・・・ダイヤフラム
１１４・・・駆動室
１１６・・・第１流体流通路
１１８・・・流通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体が流通路内を流れることで生じた負圧による吸引力で、流通路内に第２流体を取り込み、第１流体と第２流体とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流通路内を流れる第１流体が流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、第１流体と第２流体とを合流させるようにしたエゼクタ装置が知られている。
【０００３】
このようなエゼクタ装置は、通常、ノズル部の開口部分が一定の開口量となっており、流通路内を流れる第１流体の最大流量時にあわせてこの開口量が設定されている。
ところで、第１流体が小流量時には、最大流量時に比べてノズル部の出口部分における流速が得られないため、第１流体がノズル部の開口部分を通過しても吸引力が小さく、第２流体を取り込み難くなる場合があった。
【０００４】
そこで、第２流体の流通路内にポンプを設けることで、第１流体が小流量時であっても、強制的に第２流体を流通路内へ送り込むことのできるエゼクタ装置が開発されている。
しかしながら、このような第２流体の流通路内にポンプを設けたエゼクタ装置は、装置構成が複雑となり、またコスト高を招いてしまうものであった。
【０００５】
このため、特許文献１に開示されたエゼクタ装置１００では、図７に示したように、ニードル１０４の後端部分を、作動室１１０の一部を構成するダイヤフラム１１２に接続し、不活性ガスが封入された作動室１１０と高圧側冷媒である第１流体１０６が流れ込む駆動室１１４との圧力を調整することで、ニードル１０４を前後に移動させてノズル部１０２とニードル１０４との間の開口量が調整されるようになっている。
【０００６】
このようなエゼクタ装置１００は、第１流体１０６の流量にあわせてノズル部１０２とニードル１０４との開口量が調整され、これにより蒸発器側より取り込まれる第２流体１０８の流量を制御可能であるとともに装置構成を簡素化することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７９１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなエゼクタ装置１００を燃料電池システムに用いた場合、装置停止時にニードル１０４とノズル部１０２との間が開放状態であるため、装置停止時にスタック側より取り込まれる水分を含んだ第２流体１０８は、このニードル１０４とノズル部１０２の間にも流入してしまうこととなる。
【０００９】
このため、このような従来のエゼクタ装置１００を寒冷地などの低温下で使用した場合には、ニードル１０４とノズル部１０２との間に流入した第２流体１０８が凍結してニードル１０４が動作できなくなり、これにより装置を再び作動させた際に作動不具合を生ずる場合があった。
【００１０】
本発明はこのような現状に鑑み、低温下においてもノズル部の開口量を調整することができるエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明のエゼクタ装置は、
流通路内を流れる第１流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、前記第１流体と第２流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第１流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第１流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第１流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第１流体が流れる際、この第１流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第１流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第２流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、第１流体の流量（圧力）のみ調整することにより、第２流体の流量も調整することができ、簡素な構成で確実にエゼクタ装置を作動させることができる。
【００１３】
また、第２流体をノズル部の開口量の調整に用いていないため、例えば低温時においても開口調整部の凍結を防止して不具合の発生を抑制することができる。
さらに感圧室よりも上流側に流量調整弁を配設すれば、流量調整弁からの第１流体の流量（圧力）に応じ、第２流体を所定量取り込むことができ、エゼクタ装置の制御を容易に行うことができる。
【００１４】
また、ノズル部に当接するようにニードルが配設され、ニードルが上流側へ後退することで、ノズル部に開口が生ずるように構成されていれば、開口量の調整を容易に行うことができる。
【００１５】
さらに、第１流体が流されていない時はノズル部の開口がニードルにより全閉されているので、システム停止時に（水分を含んだ）第２流体がノズル部より上流（感圧室側）に流入することがない。
【００１６】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする。
このように構成すれば、第１流体の圧力に対する基準圧力となる感圧室内の圧力を、他から引いてくる必要がなく、システムの簡素化が計れ、エゼクタ装置のコストを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室の上流側に、前記第１流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする。
【００１８】
このように第１流体の圧力に対するノズル部の開口量を調整すれば、感圧室および感圧室内の付勢部材の圧縮荷重特性バラツキによる影響を無くし、第１流体が所定の圧力に達した際に、ノズル部の開口が生ずるようにすることができる。
【００１９】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする。
このように感圧室が感圧素子であれば、第１流体の流量（圧力）の違いに合わせて感圧室を確実に伸縮させることができる。
【００２０】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする。
このように感圧素子がベローズであれば、第１流体の流量により収縮する際に、蛇腹形の部分により一方と他方の方向にのみ移動することとなるため、この移動方向にニードルが接続されていれば、第１流体の流量により開口調整部をノズル部の開口に対して一方と他方に移動させることができ、また第１流体をベローズの外側に流せるので、第１流体を流入させる第１流体の流通路とノズル部の下流側の流通路とを直線状に配置でき、エゼクタ装置の小型化が計れ好ましい。
【００２１】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする。
このようにダンパー部材が設けられていれば、第１流体の流量が急に変化しても、ノズル部と開口調整部との間で構成される開口の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
【００２２】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする。
【００２３】
このように感圧室と開口調整部とがボールジョイントで接続されていれば、例えば感圧素子がベローズの場合に、多少傾いてベローズが伸縮しても、ベローズのばね力が偏荷重として作用することを回避し、その動作を開口調整部に伝えて確実にノズル部の開口量を調整することができる。
【００２４】
また、本発明のエゼクタ装置は、
前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第１流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする。
【００２５】
このように感圧室の空間内または感圧室の外側に付勢部材が配設されていれば、第１流体の流量にあわせた付勢力を有する付勢部材を選択することで、第１流体が所定の圧力変化をした際、任意のノズル部の開口量変化が生ずるようにすることができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムは、
上記いずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第１流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする。
【００２７】
このように本エゼクタ装置を燃料電池システムに用いれば、例えば低温下でエゼクタ装置を使用しても、水分を含んだ第２流体がノズル部より上流（感圧室側）に流入することがないため、開口調整部が凍結して作動不具合を生ずることがなく、どのような環境下においても確実に作動させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、上記した構成を有することによって、低温下においてもノズル部の開口量を調整することができるエゼクタ装置およびこのエゼクタ装置を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムの概略を説明するための概略図である。
【図２】図２は、本発明のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図ある。
【図３】図３は、本発明のエゼクタ装置において、付勢部材を感圧室の外側に配設した状態を説明するための要部拡大図である。
【図４】図４は、本発明のエゼクタ装置の感圧室とニードルとの接続部分について説明するための要部拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明のエゼクタ装置の作動状況を説明するための要部拡大断面図であり、図５（ａ）は停止時における断面図、図５（ａ１）は図５（ａ）の部分拡大図、図５（ｂ）は大流量時における断面図、図５（ｂ１）は図５（ｂ）の部分拡大図、図５（ｃ）は小流量時における断面図、図５（ｃ１）は図５（ｃ）の部分拡大図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施例におけるエゼクタ装置の構成を説明するための断面図ある。
【図７】図７は、従来のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムの概略を説明するための概略図、図２は、本発明のエゼクタ装置の構成を説明するための断面図、図３は、本発明のエゼクタ装置において、付勢部材を感圧室の外側に配設した状態を説明するための要部拡大図、図４は、本発明のエゼクタ装置の感圧室とニードルとの接続部分について説明するための要部拡大断面図、図５は、本発明のエゼクタ装置の作動状況を説明するための要部拡大断面図であり、図５（ａ）は停止時における断面図、図５（ａ１）は図５（ａ）の部分拡大図、図５（ｂ）は大流量時における断面図、図５（ｂ１）は図５（ｂ）の部分拡大図、図５（ｃ）は小流量時における断面図、図５（ｃ１）は図５（ｃ）の部分拡大図である。
【００３１】
本発明のエゼクタ装置は、第１流体が流通路のノズル部を流れることで生じた負圧による吸引力で、第２流体を流通路内に取り込み、第１流体と第２流体とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するものであり、燃料電池システムは、このエゼクタ装置を用いて水素ガス（第１流体）を燃料電池スタック内に送り、水素ガスを空気中の酸素と化学反応させて発電を行い、燃料電池スタック内で反応しきれなかった水素ガス（第２流体）をエゼクタ装置へ戻し、再び燃料電池スタック内へ供給するようにしたものである。
【００３２】
以下、本発明のエゼクタ装置を用いた燃料電池システムについて説明する。
＜燃料電池システム５０＞
本発明のエゼクタ装置１０を用いた燃料電池システム５０は、図１に示したように、まず水素タンク３２内の第１流体１４である水素ガスが流量調整弁３０で所定流量に調整されてエゼクタ装置１０内に流入し、これをさらに燃料電池スタック５２内に供給するようになっている。
【００３３】
なお燃料電池スタック５２は、高分子電解質膜とセパレータとの間を電極で挟んだセル（図示せず）を複数並べて成るものである。
この燃料電池スタック５２には、上記したように一方（図１では左側）から第１流体１４として水素ガスが供給され、他方（図１では右側）からは空気５４が供給されるようになっており、燃料電池スタック５２内において、供給された水素ガスと空気５４中の酸素とを化学反応させることにより、発電を行うようになっている。
【００３４】
この化学反応のときに生ずる排出物は水であることから、燃料電池システム５０はクリーンなエネルギーシステムとして好適である。
なお、燃料電池スタック５２中に供給された水素ガス（第１流体１４）は、一部については化学反応がなされず、この残りの水素ガス（第２流体１８）は循環路４４を通ってエゼクタ装置１０内に再び供給されるようになっている。
【００３５】
なお、エゼクタ装置１０は、第１流体１４がノズル部（図示せず）を通過する際に生ずる負圧により、燃料電池スタック５２内で残った水素ガス（第２流体１８）を吸引し、これを第１流体１４である水素ガスとともに再び燃料電池スタック５２へ供給するものであり、これにより水素ガスを無駄なくエネルギーに変換することができるようになっている。
【００３６】
なお、本発明においてはこのような燃料電池システム５０に用いられているエゼクタ装置１０が特徴的な構成を有している。
以下、このエゼクタ装置１０について詳細に説明する。
【００３７】
＜エゼクタ装置１０＞
本発明のエゼクタ装置１０は、図２に示したように、流通路１２内を流れる第１流体１４が流通路１２の一部に設けられたノズル部１６の開口２４を通過することで生じた負圧による吸引力で、第２流体１８をノズル部１６よりも下流側の流通路１２内に取り込み、第１流体１４と第２流体１８とを合流させ、流通路下流側へ流体を供給するようにしたものである。
【００３８】
このようなエゼクタ装置１０は、まず流通路１２のノズル部１６よりも上流側に、少なくとも第１流体１４が流れる際の圧力とは異なる一定圧力の空間２２を感圧素子で構成する感圧室２０が配設されている。
【００３９】
そして、感圧室２０とノズル部１６との間に感圧室２０に一端が接続され、第１流体１４が無圧（システム停止）時には、他方がノズル部１６と当接して開口２４を塞ぐニードル２８が配設され、第１流体１４が流れる際、この第１流体１４の流量による圧力と感圧室２０内の圧力との差によって生ずる感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用により、ノズル部１６の開口量を変化させる開口調整部２６を構成している。
【００４０】
また、ノズル部１６の下流側には、第２流体１８を流通路１２内に取り込むための循環路４４が接続されている。
そして、感圧室２０の外側の流通路１２内を流れる第１流体１４の圧力と、感圧室２０の空間２２内の圧力との圧力差によって感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用を生じさせ、これにより開口調整部２６でノズル部１６の開口量を変化させて第１流体１４のノズル部１６における流速を変化させることで、流通路１２内に取り込まれる第２流体１８の流量を調整できるようになっている。
【００４１】
なお、感圧室２０を構成する感圧素子としては、圧力により伸縮するものであれば如何なるものでもかまわないが、本実施例においてはベローズを用いている。
ベローズは蛇腹形であるため、これにより第１流体１４の流量が変化した際には、ベローズは蛇腹の形成されている方向（図１では左右の方向）に伸縮し、圧力の変化を変位に変えることができる。
【００４２】
図２に示した本実施例におけるベローズは、一方側の端部（図２では左側）が、後述する調整部４０に接合されており、これにより、ベローズの動作は、ベローズの左側端部を基準として伸縮するようになっている。
【００４３】
ベローズと調整部４０との固定方法は、特に限定されるものではなく、例えば溶接，半田付けなどを用いて固定することができる。
また、ベローズからなる感圧室２０内部の空間２２の圧力は、第１流体１４の流れる際の圧力と異なる一定圧力に設定されていれば良く、空気が第１流体１４に入らないよう気密分離を行い、感圧室２０内に大気圧を導入しても良いものである。
【００４４】
しかしながら、感圧室２０内に大気圧を導入する場合、その流通路を設ける必要が生じ、また第１流体１４（水素）に空気が入らないよう気密分離を行う必要があるので、空間２２内は真空状態とすることが特に好ましい。
【００４５】
また、この空間２２内には付勢部材３４が配設されており、これによりベローズからなる感圧室２０を所定の付勢力で伸びた状態とし保持している。なお、本実施例では感圧室２０内に付勢部材３４を配設しているが、図３に示したように、付勢部材３４を感圧室２０の外側に配設しても良い。
【００４６】
また、この付勢部材３４は、両端部がそれぞれに保持部材６６，６８にて保持されており、保持部材６６と保持部材６８との間は隙間７０が形成されている。そして、この隙間量がベローズの収縮量の最大幅となっている。
【００４７】
さらに、このような感圧室２０の上流側には調整部４０が設けられている。
この調整部４０には、複数の第１流体流通孔４２が形成されており、エゼクタ装置１０の各部を形成する筐体４６に取り外し自在に固定されているが、例えば螺合するように構成されていれば、交換も容易であるため好ましい。
【００４８】
また、調整部４０は、筐体４６への追い込み量を追い込み幅４８内において調整することにより、ベローズおよび感圧室２０内の付勢部材３４の圧縮量（荷重）を調整し、第１流体１４が所定の圧力に達した際に、ノズル部１６の開口２４が生ずるように調整することができる。
【００４９】
また、この第１流体流通孔４２の上流側には、さらに流量調整弁３０が設けられており、第１流体流通孔４２と流量調整弁３０により、水素タンク３２内に貯留された第１流体１４が所定の流量でエゼクタ装置１０内に送られるようになっている。
【００５０】
なおこのようなエゼクタ装置１０は、図４に示したように、感圧室２０とニードル２８との接続において、ボールジョイント３６が用いられており、これにより感圧室２０を構成するベローズの配置姿勢に傾きがあっても、ベローズのばね力が偏荷重として作用することを回避し、その伸縮をニードル２８側に伝えて開口量を調整できるようになっている。ここでニードル２８は、付勢部材３８によって常に感圧室２０側へ付勢され、これにより両者の接続が維持されるようになっている。
【００５１】
このような構成を有するエゼクタ装置１０は、まず水素タンク３２より供給された第１流体１４が、流量調整弁３０で所定の流量に調整された後、調整部４０を通過する。
そして、この第１流体１４が感圧室２０の外側を通過し、第１流体１４の流量による圧力と感圧室２０内の圧力との差によって、感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用が生ずる。
【００５２】
この感圧室２０および感圧室２０内に配設された付勢部材３４の伸縮作用により、感圧室２０に接続されたニードル２８も上流側へ後退し、これによりニードル２８の先端で閉じられていたノズル部１６の開口２４が生ずる。
【００５３】
これにより、第１流体１４はこのノズル部１６の開口２４を通過し、ノズル部１６を通過する際に生ずる負圧により、ノズル部１６の下流側に接続された循環路４４より第２流体１８を流通路１２内に吸入し、第１流体１４とともに第２流体１８を流通路１２内に流入させることができる。
【００５４】
なお、エゼクタ装置１０内に第１流体１４を流入させていないときには、図５（ａ）および図５（ａ１）に示したように感圧室２０を構成するベローズが収縮していない状態であるため、感圧室２０に接続されたニードル２８はその先端部分でノズル部１６の開口２４を塞いだ状態となっている。
【００５５】
なおこの時、感圧室２０の空間２２内の付勢部材３４を保持する保持部材６６と保持部材６８との間には、所定幅の隙間７０が設けられている。
また、図５（ｂ）および図５（ｂ１）に示したように、感圧室２０の外側を流れる第１流体１４の流量が多く、第１流体１４の圧力が高い場合には、感圧室２０を構成するベローズの収縮量が大きくなり、ノズル部１６とニードル２８の先端とで構成された開口２４の開口量が大きくなる。
【００５６】
これにより、開口２４を大流量の第１流体１４が通過する。ここで、開口２４の開口量が大きくなったことにより、生ずる吸引力も小さくなるが、元々大流量により大吸引力が得られているので、循環路４４内から流通路１２内へ取り込まれる第２流体１８の取り込み量が不足することはない。
【００５７】
なお、ここで第１流体１４の圧力が使用圧力の最大となった時には、保持部材６６と保持部材６８はぴったりと当接した状態となり、これによりベローズはこれ以上収縮しないようになる。
【００５８】
このため、ベローズの最大収縮量を規定できると同時に必要以上に開口２４の量が大きくならないようになっている。
保持部材６６と保持部材６８との間の隙間７０は、ベローズの規定収縮量（設計値）に従って調整することが好ましい。
【００５９】
一方、図５（Ｃ）および図５（Ｃ１）に示したように、感圧室２０の外側を流れる第１流体１４の流量が少なく、第１流体１４の圧力が低い場合には、感圧室２０を構成するベローズの収縮量が小さくなり、このベローズの収縮により、保持部材６６と保持部材６８との隙間７０の幅は、図５（ｂ）の状態よりも大きくなる。
【００６０】
したがって、ノズル部１６とニードル２８の先端とで形成された開口２４の開口量は小さくなる。このため、開口２４を通過する第１流体１４の流速が速くなり、これにより生ずる吸引力が増加し、循環路４４内から流通路１２内へ取り込まれる第２流体１８の取り込み量が増加する。
【００６１】
このように本発明のエゼクタ装置１０は、上記したように第１流体１４の流量（圧力）によって、第２流体１８の取り込み流量を調整する仕組みであるため、第１流体１４が低流量から大流量域まで充分に第２流体１８を取り込み、第１流体１４と合わせ循環路４４から流通路１２内に流体を循環させることができ、構造をコンパクト化してコストを抑えることもできる。
【００６２】
また、このようなエゼクタ装置１０を用いて燃料電池システム５０を構成すれば、例えば自動車に燃料電池システム５０を用いた場合、感圧室２０内に送られる第１流体１４が水素タンク３２から供給された水分を含まないドライ水素ガスであり、また停止時にはニードル２８をノズル部１６に当接させ、水分を含んだ第２流体１８がノズル部１６より上流側（感圧室２０側）に流入することを防ぐことができる。
【００６３】
このため、低温下などの過酷な環境下であっても作動部が凍結することがなく、ノズル部１６の開口量を確実に調整することができるので、作動不良を生ずることがなく、確実に走行させることができる。
【００６４】
＜エゼクタ装置１０の他の実施例＞
図６は本発明のエゼクタ装置１０の他の実施例を示したものであり、構成を説明するための断面図ある。
【００６５】
なお、図６に示したエゼクタ装置１０は、基本的には、図１から図５に示した実施例のエゼクタ装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６６】
図６に示したエゼクタ装置１０は、開口調整部２６のニードル２８の摺動部分に、ダンパー部材６０が設けられている点で上記した実施例とは異なっている。
なおダンパー部材６０は、パッキン６２と付勢部材６４とから構成されており、付勢部材６４によってパッキン６２に所定の締め付け力を与えるようになっている。
【００６７】
そして、パッキン６２とニードル２８とが摺接することで、ニードル２８が急激に移動することがないようになっている。
このようにダンパー部材６０が設けられていれば、第１流体１４の流量が急に変化しても、ノズル部１６と開口調整部２６との間で構成される開口２４の急激な開閉を抑止することができ、徐々に開口量を変化させることができる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、例えばエゼクタ装置は燃料電池システム以外にも用いることができ、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００６９】
１０・・・エゼクタ装置
１２・・・流通路
１４・・・第１流体
１６・・・ノズル部
１８・・・第２流体
２０・・・感圧室
２２・・・空間
２４・・・開口
２６・・・開口調整部
２８・・・ニードル
３０・・・流量調整弁
３２・・・水素タンク
３４・・・付勢部材
３６・・・ボールジョイント
３８・・・付勢部材
４０・・・調整部
４２・・・第１流体流通孔
４４・・・循環路
４６・・・筐体
４８・・・追い込み幅
５０・・・燃料電池システム
５２・・・燃料電池スタック
５４・・・空気
６０・・・ダンパー部材
６２・・・パッキン
６４・・・付勢部材
６６・・・保持部材
６８・・・保持部材
７０・・・隙間
１００・・・エゼクタ装置
１０２・・・ノズル部
１０４・・・ニードル
１０６・・・第１流体
１０８・・・第２流体
１１０・・・作動室
１１２・・・ダイヤフラム
１１４・・・駆動室
１１６・・・第１流体流通路
１１８・・・流通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流通路内を流れる第１流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、前記第１流体と第２流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第１流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第１流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第１流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第１流体が流れる際、この第１流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第１流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第２流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とするエゼクタ装置。
【請求項２】
前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする請求項１に記載のエゼクタ装置。
【請求項３】
前記感圧室の上流側に、前記第１流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のエゼクタ装置。
【請求項４】
前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項５】
前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする請求項４に記載のエゼクタ装置。
【請求項６】
前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項７】
前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項８】
前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第１流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第１流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
流通路内を流れる第１流体が前記流通路の一部に設けられたノズル部を通過することで生じた負圧による吸引力で、前記ノズル部よりも下流側の流通路内に第２流体を取り込み、前記第１流体と第２流体とを合流させ、前記流通路下流側へ流体を供給するエゼクタ装置であって、
前記エゼクタ装置は、
前記流通路のノズル部よりも上流側に配設され、一定圧力の空間を構成する感圧室と、
前記第１流体が前記感圧室の外側を流れる際の圧力と前記感圧室内の圧力との差により生ずる前記感圧室の伸縮作用により、前記ノズル部の開口量を変化させる開口調整部と、
前記感圧室よりも上流側に、前記流通路を流れる第１流体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
前記開口調整部は、
一方側が前記感圧室の下流側に接続されるとともに、前記第１流体の圧力が無圧時には他方側が前記ノズル部に当接するように構成されたニードルと、
前記感圧室内および前記感圧室外の少なくとも一方に配設された付勢部材と、
を有し、
前記第１流体が流れる際、この第１流体の流量による圧力と前記感圧室内の圧力との差によって生ずる、前記付勢部材の伸縮作用によりニードルを変位させ、前記ニードルの端部とノズル部との間で開口を形成するよう構成されており、
前記流通路を流れる第１流体の圧力が低く変化した場合、前記ニードルの端部と前記ノズル部との間の開口量を減少して前記ノズル部を通過する第１流体の流速を増加させ、前記流通路内に取り込まれる前記第２流体の流量が増加するように構成されていることを特徴とするエゼクタ装置。
【請求項２】
前記感圧室は、内部を真空とし密閉されていることを特徴とする請求項１に記載のエゼクタ装置。
【請求項３】
前記感圧室の上流側に、前記第１流体の流体圧力に対する前記ノズル部の開口量が調整可能な調整部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のエゼクタ装置。
【請求項４】
前記感圧室が、感圧素子から成ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項５】
前記感圧素子が、ベローズであることを特徴とする請求項４に記載のエゼクタ装置。
【請求項６】
前記開口調整部の摺動部分に、ダンパー部材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項７】
前記感圧室と前記開口調整部とが、ボールジョイントにより接続されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項８】
前記感圧室の空間内または前記感圧室の外側に、前記感圧室の第１流体の圧力による伸縮量特性を設定する付勢部材が配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のエゼクタ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のエゼクタ装置を備え、第１流体である水素を燃料電池スタック内に供給し、前記燃料電池スタック内で水素を空気中の酸素と化学反応させて発電を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２４２５０８（Ｐ２０１０−２４２５０８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８９９０（Ｐ２００９−８８９９０）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００１４３９４９）株式会社鷺宮製作所 (253)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【出願人】（０００１４３９４９）株式会社鷺宮製作所 (253)
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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